Математика EN

Тренажёры · Глава 54

Меры и интегралы Лебега

Мера Лебега — длина для сложных множеств: счётные множества и рациональные точки, «пыль» Кантора и интеграл Лебега от функции, заданной по-разному на рациональных и иррациональных числах.

Как решать

Мера Лебега обобщает длину: у отрезка она равна длине, у объединения непересекающихся частей — сумме мер. Любое счётное множество — например, все рациональные числа — имеет меру ноль: каждую точку можно накрыть сколь угодно маленьким отрезком. Поэтому интегралу Лебега всё равно, что происходит на множестве меры ноль.

По шагам

  1. Разбейте множество на простые куски — отрезки, точки, счётные множества — и сложите меры. Пересечения посчитайте один раз.
  2. Счётное множество (конечное, натуральные, рациональные, рациональные точки отрезка) — мера $0$.
  3. Построение «пыли»: на каждом шаге остаётся одна и та же доля. После $n$ шагов мера — эта доля в степени $n$.
  4. Интеграл Лебега: если функция почти всюду (кроме множества меры ноль) совпадает с обычной, интеграл равен обычному интегралу от неё.
Рациональные точки отрезка — счётное множество меры ноль. Совпадение везде, кроме множества меры ноль. Пример: $f = 3x + 5$ в иррациональных точках $[1;\ 3]$ и $5$ в рациональных. Почти всюду $f = 3x + 5$, поэтому $\int f\,d\mu = \int_1^3 (3x + 5)\,dx = 22$.

Где ошибаются

  • Думают, что рациональных точек на отрезке «много», раз они везде, и дают им ненулевую меру.
  • В «пыли» вычитают выброшенные части только на первом шаге: доля остатка умножается на каждом шаге.
  • В интеграле Лебега учитывают значения функции на рациональных точках.
  • Складывают меры пересекающихся множеств, не вычитая общую часть.

Пример

Главы курса